[01351527]大功率电动机负载群数字协同控制节能关键技术及应用

1.课题来源与背景 风机和水泵等电动机负载在国民经济各部门中,应用数量众多,耗电量巨大,存在严重的能源损耗,而对其进行节能的有效方法就是对其进行调速。目前有关电动机节能技术的研究成果很多,但大多是针对单个电动机负载进行节能,存在对象单元化、功能单一化、效果局部化的缺点。因此如何对企业内众多大功率电动机负载群进行协同控制,实现全厂电动机负载群优化节能决策,使电动机负载群在不同运行状态下优化协同节能,以产生更好的节能效益,最大限度地提高节能效果,具有重要的现实意义。在这样的背景下,课题通过上海市科委科研项目的资助,对电动机负载群协同节能技术开展研究,研制成功“大功率电动机负载群数字协同控制节能系统”,并与企业合作进行技术推广应用。 2.技术原理及性能指标 本研究成果在客观分析国内外电动机相关调速技术现状并结合用户实际需求的基础之上,采用新的电力电子技术及新的拓扑结构和控制方法,从系统结构、主电路拓扑、控制策略上进行改进。同时,采用数字化信息协同控制技术,将各电动机负载运行状态信息数字化,并基于无线传感器网络进行传送,在后台将数字化信息进行集成,经分析处理进行全厂电动机负载优化节能决策,经协调控制使各电动机负载在不同运行状态下优化协调节能,以产生更好的节能效益,有效地解决现有调速系统存在的不足,最大限度地提高节能效果,在一定程度上填补了目前国内在这一方面研究的空白。因此,“大功率电动机负载群数字协同控制节能系统”包括：电动机节能子系统、无线通信子系统、电动机组节能优化与协同控制子系统等3部分构成。 本系统具体指标如下： （1）节能效果大于25%,功率因数大于0.9; （2）调速精度达到1%,动态响应时间小于10ms; （3）协同控制电动机组数可达到200。 3.技术的创新性与先进性： （1）斩波串调的PWM逆变技术：采用全控器件IGBT构成的PWM整流器替代传统的晶闸管有源逆变,从而可以提高调速系统的功率因数,并减少对电网的谐波污染。此外,还可以克服逆变颠覆现象,提高装置的可靠性; （2）斩波器的数字化双闭环控制：采用高性能DSP处理器对转子变频系统中的斩波器实行数字式双闭环控制,提高了系统的可靠性及动态响应性; （3）高压变频器的四象限运行控制：采用能量双向流动的功率单元拓扑结构及双PWM调制技术,实现电动机的四象限运行,满足其工艺要求和能量回馈利用; （4）采用IEEE1588精确时间同步协议,实现了电动机负载群协同工作的实时性,从而有效保证了协同控制策略的准确性。 4.技术的成熟程度,适用范围和安全性; 大功率电动机负载群数字协同控制节能系统技术成熟,目前该系统已应用于多家火电厂、水泥厂、水厂,运行情况良好,取得良好的经济效益和社会效益。